【摘要】抽象函數(shù)問題可以充分考查學(xué)生的抽象思維能力、閱讀推理能力,是實(shí)現(xiàn)試卷區(qū)分度的經(jīng)典題型,題目形式廣泛,難度層次分明.本文重點(diǎn)介紹含有解析遞推式的基本題型.
【關(guān)鍵詞】抽象函數(shù);解析遞推式;高中數(shù)學(xué)
抽象函數(shù)是一類特殊的函數(shù),抽象函數(shù)問題往往沒有給出具體的函數(shù)表達(dá)式,只是給出了一些函數(shù)的特性,對(duì)函數(shù)的特點(diǎn)和性質(zhì)進(jìn)行了部分描述.而抽象函數(shù)的形式也是多種多樣的,其中有一類比較常見,就是題中給出了關(guān)于函數(shù)的特定解析遞推式,由此可獲知函數(shù)關(guān)系的運(yùn)算規(guī)則,據(jù)此可類比出滿足性質(zhì)的初等函數(shù),從而可以找到滿足其條件的特殊函數(shù)模型.在解決相關(guān)問題時(shí),可以根據(jù)這個(gè)函數(shù)模型所具有的性質(zhì),探求問題中抽象函數(shù)的對(duì)應(yīng)性質(zhì),這樣就可以洞察問題的實(shí)質(zhì),迅速找到解決問題的突破口.下面對(duì)幾個(gè)典型形式進(jìn)行探究,并分析配套例題的解法,只為研究解題策略,探索具體解題方法.
1一次函數(shù)模型:f(a+b)=f(a)+f(b)+c
例1已知函數(shù)f(x)的定義域?yàn)镽,且滿足f(a+b)=f(a)+f(b).又知當(dāng)x>0時(shí),f(x)<0,若f(-1)=3,求f(x)在區(qū)間[-2,2]上的值域.
分析由于函數(shù)f(x)滿足f(a+b)=f(a)+f(b),與一次函數(shù)f(x)=kx+b(k≠0)變換規(guī)律相同,根據(jù)一次函數(shù)的性質(zhì),此類函數(shù)是單調(diào)函數(shù),故應(yīng)探究函數(shù)f(x)的單調(diào)性.設(shè)-2≤a<b≤2,則b-a>0,根據(jù)題意得f(b-a)<0,由于f(b)-f(a)=f[(b-a)+a]-f(a)=f(b-a)+f(a)-f(a)=f(b-a)<0,即有f(b)<f(a),所以f(x)是-2,2上的單調(diào)遞減函數(shù).令a=b=0,則有f(0)=f(0)+f(0)=2f(0),即f(0)=0;再令b=-a,則f(0)=f(a)+f(-a),即f(-a)=-f(a),故f(x)是-2,2上的奇函數(shù),所以函數(shù) f(x)的最大值為f(-2)=f[(-1)+(-1)]=2f(-1)=6;由奇函數(shù)性質(zhì)知,f(x)的最小值為f(2)=-f(-2)=-2f(-1)=-6.
點(diǎn)評(píng)對(duì)給出的條件式進(jìn)行類比分析,判斷出此抽象函數(shù)與哪個(gè)初等函數(shù)相似,就知道此抽象函數(shù)的基本性質(zhì),從而就能找到求抽象函數(shù)的最大值和最小值的方法.
2指數(shù)函數(shù)模型:f(a+b)=f(a)·f(b)
例2已知函數(shù)f(x)的定義域是R,對(duì)任意實(shí)數(shù)a,b均有f(a+b)=f(a)·f(b),且當(dāng)a>0時(shí),0<f(a)<1,判斷函數(shù)f(x)在R上的單調(diào)性,并解不等式f(x+2)<f(x2+2x).
分析因?yàn)楹瘮?shù)f(x)滿足f(a+b)=f(a)·f(b),這與指數(shù)函數(shù)f(x)=mx的運(yùn)算規(guī)律相似,由于指數(shù)函數(shù)是單調(diào)函數(shù),故必須探究這個(gè)抽象函數(shù)的單調(diào)性.設(shè)a<b,則b-a>0,根據(jù)題意知0<f(b-a)<1,又對(duì)任意a∈R,都有f(a)=fa2+a2=fa2·fa2=f2a2>0,所以f(b)-f(a)=f[(b-a)+a]-f(a)=f(b-a)·f(a)-f(a)=f(a)[f(b-a)-1]<0,則f(a)-f(b)>0,所以f(x)在R上是單調(diào)減函數(shù).故由f(x+2)<f(x2+2x),可得:x2+x-2<0,解此不等式可得-2<x<1 .
點(diǎn)評(píng)根據(jù)題設(shè)中給出的解析遞推式,再研究此類函數(shù)的特征可知與指數(shù)函數(shù)相似,故而明確了解題方向,即先證明函數(shù)的單調(diào)性,再解不等式,其中判斷函數(shù)值為正數(shù)非常重要且提示明顯.
3對(duì)數(shù)函數(shù)模型:f(ab)=f(a)+f(b)(a>0,b>0)
例3已知定義在(0,+∞)的函數(shù)f(x),對(duì)任意m,n∈(0,+∞)都有f(mn)=f(m)+f(n)成立,若當(dāng)x>1時(shí),f(x)>0,且f(2)=1,求當(dāng)x∈12,8時(shí),函數(shù)f(x)的值域.
分析(1)=1*GB2由于函數(shù)f(x)對(duì)任意m,n∈(0,+∞)滿足f(mn)=f(m)+f(n),這與對(duì)數(shù)函數(shù)的運(yùn)算規(guī)則相似,又對(duì)數(shù)函數(shù)具有單調(diào)性,所以欲求函數(shù)值域,必須先判斷函數(shù)的單調(diào)性.設(shè)0<m<n,則nm>1,依題意有fnm>0,所以f(n)-f(m)=fnm·m-f(m)=fnm+f(m)-f(m)=fnm>0,即有f(m)<f(n),所以函數(shù)f(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增.根據(jù)定義f(1)=f(1×1)=f(1)+f(1),所以f(1)=0,又f(1)=f2×12=f(2)+f12,且f(2)=1,所以f12=-1;又f(4)=f(2×2)=f(2)+ f(2)=2,則f(8)=f(4×2)=f(4)+f(2)=3.所以當(dāng)x∈12,8時(shí),函數(shù)f(x)的值域?yàn)椋郏?,3].
點(diǎn)評(píng)用定義法證明推理是判斷抽象函數(shù)單調(diào)性的首選方法,這樣能夠順利解決函數(shù)的值域問題,而根據(jù)所給的關(guān)系式用特殊值進(jìn)行代換轉(zhuǎn)化是解決相關(guān)函數(shù)值的一種有效措施.
4冪函數(shù)模型:f(a·b)=f(a)·f(b)
例4已知函數(shù)f(x)的定義域?yàn)椋?,+∞),且f(x)>0,對(duì)于a,b∈(0,+∞),恒有f(a·b)=f(a)·f(b),如果當(dāng)x>1時(shí),f(x)>1,并且f(2)=2,求不等式f(x2-3x)>2的解集.
分析由于函數(shù)f(x)滿足f(a·b)=f(a)·f(b),經(jīng)特殊值驗(yàn)算,與冪函數(shù)的運(yùn)算規(guī)則相似,由于冪函數(shù)的指數(shù)的不同,其函數(shù)的單調(diào)性也不同,故要解此抽象函數(shù)的不等式,必須判斷出此函數(shù)的單調(diào)性.下面用函數(shù)單調(diào)性的定義證明.設(shè)0<a<b,則ba>1,由題設(shè)得fba>1,由于f(a)-f(b)=f(a)-f(ba·a=f(a)-fba·f(a)=f(a)1-fba,由于f(a)>0,1-fba<0,所以f(a)<f(b),即f(x)在(0,+∞)上單調(diào)遞增.因?yàn)閒(4)=f(2×2)=f2·f2=2,故不等式f(x2-3x)>2=f(4),所以x2-3x>4x2-3x>0,因此該不等式的解集為{x|x>4}.
點(diǎn)評(píng)對(duì)于抽象函數(shù)不等式f(a)>f(b),需要“脫去”函數(shù)符號(hào)“f”才能解決,所以判斷出抽象函數(shù)的單調(diào)性是勢(shì)在必行的,在用定義證明單調(diào)性時(shí),對(duì)已給條件式進(jìn)行適當(dāng)配湊是必須的.
5結(jié)語
在一些含有解析遞推式的抽象函數(shù)問題中,尋找對(duì)應(yīng)的常規(guī)函數(shù)模型是一個(gè)重要的解題技巧,在猜測(cè)到函數(shù)的基本性質(zhì)后,根據(jù)題目需要,對(duì)此函數(shù)的相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行有針對(duì)性的推導(dǎo)證明.需要注意的是,不能直接引用模型函數(shù)的圖象和性質(zhì)解題.